JP2006090158A - 内燃機関用ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの軸方向と直交する平面内に位置する主通路を流れる冷却油を、主通路より下方に位置する出口開口から円滑に排出し、冷却効率を高めることを可能にする。
【解決手段】ピストン13の頭部内に設けられた冷却通路19は、ほぼ円環状に形成されるとともに、入口部20と、入口部20から互いに逆方向に冷却油を案内可能に分かれた２系統の通路21，22を備えている。通路21，22はピストン13の軸方向と直交する平面上に位置する主通路21ａ，22ａを備え、主通路21ａ，22ａと通路の出口開口21ｃ，22ｃとが、ピストン13の軸方向と直交する平面及びピストン13の軸心を通る平面に対して傾斜するように形成された傾斜部21ｂ，22ｂで連結されている。傾斜部21ｂ，22ｂは互いに逆方向に傾斜するとともに、ピストン13の径方向から見た状態においてその中間部で交差するように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関用ピストンに係り、詳しくは冷却油を循環させるほぼ環状の冷却通路を頭部内に備えた内燃機関用ピストンに関する。

内燃機関は、シリンダ内にピストンを往復動可能に配置して燃焼室を区画し、燃焼室内で燃料を燃焼爆発させることによって出力を得るようになっている。また、ピストンの外周には、圧縮及び爆発ガス圧に対して気密を保つことと、燃焼によって発生した熱のうちピストンが受ける分をシリンダ壁に伝えてピストンの過熱を防止するためのピストンリング（コンプレッションリング）が嵌合される溝が形成されている。従来、ピストン頭部及び前記溝の過熱を抑制するため、ピストンの頭部内に環状の冷却通路（クーリングチャネル）を設けるとともに、この冷却通路に冷却用オイルを環流させてピストンの冷却を行うようにしているものがある。一般に冷却通路には、ほぼ対称位置に入口通路と出口通路とがそれぞれ下向きに形成されている。そして、シリンダブロックに取り付けられた噴射ノズルからオイルが入口に向けて噴射される。入口から冷却通路に入ったオイルは冷却通路内を２系統に分かれて流れてピストンを冷却した後、図１４（ａ）に示すように、２系統の各通路５１ａ，５１ｂを流れるオイルの流れが流出口５２で合流してピストン５３の外部に排出される。

ところが、前記の構造においては、各通路５１ａ，５１ｂ内を左右両側より流れてきたオイル５４（矢印で図示）が流出口５２付近で衝突し、流れが乱れて流出口５２からオイル５４が円滑に排出されることの支障となる。そして、オイル５４が円滑に排出されないと、各通路５１ａ，５１ｂ内にピストン５３との熱交換で温度が上昇したオイル５４が滞留し、熱交換前の温度の低いオイルが通路５１ａ，５１ｂに供給され難くなり冷却効果が低下する。

冷却効果を高めるため、噴射ノズルからのオイルの単位時間当たりの噴射量を増加させる方法もあるが、オイルポンプの駆動負荷増につながり、エンジン全体として燃費悪化となる。

噴射ノズルからのオイル噴射量を増加させずに、流出口におけるオイルの流れの乱れを減少させて冷却効果を高める形状の冷却通路を備えたピストンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、図１４（ｂ）に示すように、オイルの流出口５２の近傍に、冷却油案内隔壁５５が設けられ、各通路５１ａ，５１ｂを流れたオイルは冷却油案内隔壁５５により２つに分けられた流出口５６ａ，５６ｂを流れ、最後に流出口５６で合流して外へ排出される構成のピストンが提案されている。また、図１４（ｃ）に示すように、通路５１ａの流出口５６ａと、通路５１ｂの流出口５６ｂの流路とは相互に入り交じることなく全く別々に形成され、それぞれの流路内を流れるオイル５４ａ，５４ｂにより別々にピストンの冷却が行われる構成も提案されている。これらの構成では、通路５１ａ，５１ｂの流出口におけるオイルの衝突による流れの乱れを減少させて円滑なオイルの流れを可能とし、冷却効果を高めることが可能となる。

また、環状の冷却通路に対して入口通路及び出口通路がそれぞれＴ字型の分岐通路となることにより冷却油の円滑な流動が阻害されるのを防止するため、冷却通路を一方通行としたピストンも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２には、図１５に示すように、肉厚部に、ほぼ環状の冷却孔５７と、冷却油供給孔５８と、冷却油排出孔５９と、冷却孔５７及び冷却油供給孔５８を曲線で結ぶ湾曲通路６０と、冷却孔５７及び冷却油排出孔５９を曲線で結ぶ湾曲通路６１とからなる冷却通路を備えたピストン５３が提案されている。
実開平５−６１４２３号公報（第６，７頁、図１，２） 実開昭５６−５９９４８号公報（第１頁、図３）

ところが、特許文献１に記載の構成においても、冷却通路は従来の冷却通路と同様に合流する通路の出口端は両通路５１ａ，５１ｂともピストンの中心を中心とする同一円周上に存在する。従って、図１４（ｂ）に示す構成では、両流出口５６ａ，５６ｂを区画する冷却油案内隔壁５５を薄く形成する必要があり製造が難しいだけでなく、冷却油案内隔壁５５の強度を確保するのも難しい。図１４（ｃ）に示す構成では、両通路５１ａ，５１ｂが完全に独立しており冷却油案内隔壁５５が厚いため、強度の心配はない。しかし、図１４（ｂ），（ｃ）に示す構成では、いずれも流出口５６ａ，５６ｂがピストンの軸方向と平行に延びるように形成されているため、流出口５６ａ，５６ｂからいったん排出された冷却油が、ピストンの下降行程において高速で下降するピストンの流出口５６ａ，５６ｂで捕捉され易い。その結果、冷却油の円滑な供給に支障を来すという問題がある。

一方、特許文献２に記載された冷却通路の場合は、冷却油は１本の経路を一方向へ向かって流れるため、２系統の経路の出口部で冷却油が相互に干渉する虞はない。しかし、冷却通路の冷却油排出孔５９がピストンの軸方向と平行に延びるように形成されているため、冷却油排出孔５９からいったん排出された冷却油が、ピストンの下降行程において高速で下降するピストンの冷却油排出孔５９で捕捉され易く、前記冷却油の円滑な供給に支障を来すという問題がある。

本発明の目的は、冷却油を循環させるほぼ環状の冷却通路を頭部内に備え、ピストンの軸方向と直交する平面内に位置する主通路を流れる冷却油が、出口開口から円滑に排出されるとともに、冷却油の円滑な供給に支障を来さず、冷却効率を高めることができる内燃機関用ピストンを提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、冷却油を循環させるほぼ環状の冷却通路を頭部内に備えている。前記冷却通路は、ピストンの軸方向と直交する平面上に配置された主通路と、前記主通路よりピストン頭部と反対側に設けられた出口開口とが、ピストンの軸方向と直交する平面及びピストンの軸心を通る平面に対して傾斜するように形成された傾斜部で連結されている。ここで、「ほぼ環状」とは、冷却通路を構成する通路が完全な環状ではなく、環の一部が切れた状態の通路あるいは二つの通路がほぼ環状に配置されたものも含むことを意味する。

この発明では、冷却通路の主通路を流れてピストンを冷却した冷却油は、傾斜部を経て出口開口から排出される。また、傾斜部は、ピストンの軸方向と直交する平面及びピストンの軸心を通る平面に対して傾斜するように形成されているため、冷却油は、ピストンの移動方向と交差する方向に向かって排出される。従って、出口開口からいったん排出された冷却油が、ピストンの下降行程において高速で下降するピストンの出口開口で捕捉され難くなり、冷却油の円滑な供給に支障を来すことが抑制され、冷却効率が高めるられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記出口開口と、前記冷却通路の入口開口とはそれぞれ出口専用の開口と入口専用の開口である。従って、この発明では、入口開口と出口開口とをそれぞれに適した形状に形成する自由度が増える。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記冷却通路は、入口部から互いに逆方向に冷却油を案内可能に分かれた２系統の通路を備え、各通路の出口側に設けられた前記傾斜部は、ピストンの軸方向と直交する平面に対して互いに逆方向に傾斜するように形成されている。この発明では、冷却油は、２系統に分かれた通路を流れてピストンを冷却した後、出口開口から排出される。従って、冷却通路が１系統の構成に比較して、各通路の長さを短くでき、冷却通路全体として冷却油の抵抗を低くでき、通路の断面積が同じであれば冷却効果が向上する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記両通路の出口開口は独立して形成され、かつピストンの径方向から見た状態において前記傾斜部がその中間部で交差するように形成されている。この発明では、２系統の通路の出口開口から排出される冷却油は互いに干渉せずに排出される。また、ピストンの径方向から見た状態において両傾斜部がその中間部で交差しない構成に比較して主通路を長く形成することができ、ピストンの冷却機能を高めることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記両通路は、前記傾斜部の中心線と直交する断面における面積が、主通路の中心線と直交する断面における断面積と同等で幅が狭く形成されている。この発明では、傾斜部が主通路と同じ幅に形成された場合に比較して、傾斜部における冷却油の流動抵抗を高めずに、主通路の幅を広く確保することができる。従って、同じ径のピストンにおいて、冷却通路の断面積を大きくでき、冷却効果を高めることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記両通路の出口開口は、ピストンの径方向から見た状態において重なる状態で、かつピストンの径方向にオフセットされている。この発明では、２系統の通路の出口開口が接近していても、２系統の通路を経て排出される冷却油が、出口部において互いに干渉するのを回避することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記両通路の出口開口は共通に形成されている。一般に、両通路はピストンを鋳造する際に中子を使用して形成される。両通路の出口開口が独立している構成では、中子は出口側端部が離れた構造となり、入口側端部が連続していない通路の場合は、中子が２個必要となる。また、入口側端部が連続していても中子は出口側端部において環の一部が切れた形状となるため、中子が破損し易くなって取り扱いが難しくなる。しかし、この発明では、出口開口が共通のため、入口側端部が連続していない通路でも１個の中子で形成でき、ピストンを鋳造する際に通路となる部分の中子の取り扱いが簡単になり、入口側端部が連続している通路では中子が環状となるため、破損し難くなって取り扱いがより簡単になる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜部は湾曲するように形成されている。この発明では、傾斜部が直線状に形成される場合に比較して、通路全体の抵抗が小さくなって冷却油がより円滑に排出される。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜部は少なくとも出口端がドリル加工で直線状に形成されている。この発明では、傾斜部全体を主通路と同時に、中子を使用して形成する場合に比較して中子の構造が簡単になる。

請求項１０に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記両通路の出口開口は、各通路の断面積より大きな断面積の空間部に開口されている。この発明では、２系統の通路の出口開口から排出された冷却油が互いにより干渉し難くなる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜部は全体的に傾斜している。この発明では、一部に垂直部がある場合に比較して、傾斜部を流れる冷却液の流れが円滑になる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の発明において、前記両通路の傾斜部は、その開口側端部に、ピストンの軸方向に平行に延びる直線部を備え、前記直線部は該直線部より上流側の傾斜部の中心線が該直線部の壁面と交差しない長さに形成されている。この発明では、開口側端部に、ピストンの軸方向に平行に延びる直線部が存在するが、その直線部より上流側の傾斜部の中心線が該直線部の壁面と交差しないため、冷却油は出口開口からピストンの軸方向と交差する方向に排出される。従って、出口開口からいったん排出された冷却油が、ピストンの下降行程において高速で下降するピストンの出口開口で捕捉され難くなる。

本発明によれば、冷却油を循環させるほぼ環状の冷却通路を頭部内に備え、ピストンの軸方向と直交する平面内に位置する主通路を流れる冷却油が、出口開口から円滑に排出されるとともに、冷却油の円滑な供給に支障を来さず、冷却効率を高めることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明をディーゼルエンジンに使用されるピストンに具体化した第１の実施形態を図１及び図２に従って説明する。図１（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における模式断面図、図２は内燃機関の模式断面図である。

図２に示すように、ディーゼルエンジンは、複数のシリンダ１１ａ（図２では１個のみ図示）が形成されたシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２とを備え、各シリンダ１１ａ内にはピストン１３が往復動可能に設けられている。シリンダ１１ａ、シリンダヘッド１２及びピストン１３によって各気筒毎に燃焼室１４が形成されている。ピストン１３は燃焼室１４での吸気・圧縮行程後の燃焼から得られる推進力によってシリンダ１１ａ内を往復運動し、ピストン１３の往復運動がコンロッド１５を介してクランクシャフト１６の回転運動に変換されて出力が得られる。

図１（ａ）に示すように、ピストン１３の上面中央には燃焼室１４を構成する凹部（キャビティ）１３ａが形成されている。なお、図示の都合上、凹部１３ａは平面図にのみ図示する。図１（ｂ）に示すように、ピストン１３の上部外周には、ピストンリング（図示せず）が嵌合される溝１７と、オイルリング（図示せず）が嵌合される溝１８とが形成されている。ピストン１３の頭部内には冷却油を循環させるほぼ環状の冷却通路１９が凹部１３ａより下方位置に設けられている。冷却通路１９は、ほぼ円環状に形成されるとともに、入口部２０と、入口部２０から互いに逆方向に冷却油を案内可能に分かれた２系統の通路として、第１の通路２１及び第２の通路２２とを備えている。両通路２１，２２は、ピストンピン２３を挟んで入口部２０と出口とが反対側に位置するように形成され、両通路２１，２２は、上側から見た状態において、それぞれ、ほぼ半円弧状に形成されている。

図１（ｃ）に示すように、入口開口を構成する入口部２０は、上部が冷却油案内隔壁２４により二つの流入口２０ａ，２０ｂに分離されており、各流入口２０ａ，２０ｂが通路２１，２２に連通している。各流入口２０ａ，２０ｂは、シリンダブロック１１に装備されたオイル噴射ノズル２５の噴射口２５ａ，２５ｂと対向するように配置されている。即ち、オイル噴射ノズル２５から入口部２０に噴射された冷却油は、各流入口２０ａ，２０ｂから２系統の通路２１，２２に供給されるようになっている。

両通路２１，２２はピストン１３の軸方向（図１（ｂ）において上下方向）と直交する平面上に位置する主通路２１ａ，２２ａを備え、主通路２１ａ，２２ａと通路の出口開口２１ｃ，２２ｃとが、ピストン１３の軸方向と直交する平面及びピストン１３の軸心を通る平面に対して傾斜するように形成された傾斜部２１ｂ，２２ｂで連結されている。即ち、傾斜部２１ｂ，２２ｂは、その中心線の延びる方向が、ピストン１３の軸方向に対して斜め方向となるように形成されている。また、傾斜部２１ｂ，２２ｂは、図１（ａ）に示すように、ほぼピストン１３の円周方向に沿った形状をしており、ピストンの軸心を通る平面に沿った形状にはなっていない。図１（ｂ）に示すように、両通路２１，２２は、その出口開口２１ｃ，２２ｃが独立して形成され、かつ傾斜部２１ｂ，２２ｂが互いに逆方向に傾斜するとともに、ピストン１３の径方向から見た状態において傾斜部２１ｂ，２２ｂがその中間部で交差するように形成されている。傾斜部２１ｂ，２２ｂは上側に凸に湾曲するように形成されている。

この実施形態では、出口開口２１ｃ，２２ｃと、冷却通路１９の入口開口（入口部２０）とはそれぞれ出口専用の開口と入口専用の開口として形成されている。また、傾斜部２１ｂ，２２ｂは、一部が垂直とならずに全体的に傾斜している。

ピストン１３はアルミニウム合金により鋳造されている。各流入口２０ａ，２０ｂ及び通路２１，２２は、ピストン１３を鋳造する際にほぼリング状の塩中子を型内に配置して鋳造した後、塩中子を水で溶解して形成される。入口部２０の下部は、ピストン１３の鋳造後にドリル加工で形成される。

次に前記のように構成されたピストン１３の作用を説明する。
ピストン１３は、シリンダ１１ａ内を往復移動し、所定位置に配置されたオイル噴射ノズル２５の噴射口２５ａ，２５ｂから冷却油２６（図１（ｃ）に矢印で図示）が、入口部２０へ向けて噴射される。噴射された冷却油２６は、冷却油案内隔壁２４に案内されて各流入口２０ａ，２０ｂを経て各通路２１，２２に供給され、２系統の流れとなってピストン１３を冷却する。各通路２１，２２の主通路２１ａ，２２ａを流れてピストン１３を冷却した冷却油２６は傾斜部２１ｂ，２２ｂを経て出口開口２１ｃ，２２ｃから排出される。

各通路２１，２２は、傾斜部２１ｂ，２２ｂが互いに逆方向に傾斜するとともに、ピストン１３の径方向から見た状態において傾斜部２１ｂ，２２ｂがその中間部で交差するように形成されているため、出口開口２１ｃ，２２ｃから排出される冷却油が互いに干渉するのが回避される。従って、出口開口が共通あるいは一部が共通となる構成に比較して、出口開口２１ｃ，２２ｃにおける流路抵抗が小さくなり、通路２１，２２を流れる間にピストン１３との熱交換で高温となった冷却油２６が円滑に排出され、温度の低い新たな冷却油が通路２１，２２に供給され易くなり、高い冷却効果を得ることができる。

また、主通路２１ａ，２２ａと出口開口とがピストン１３の軸方向と平行な経路で連結されている構成では、出口開口２１ｃ，２２ｃからいったん排出された冷却油が、ピストン１３の下降行程において高速で下降するピストン１３の出口開口で捕捉されて通路内に入り込み易い。しかし、この実施形態では主通路２１ａ，２２ａと出口開口とが傾斜部２１ｂ，２２ｂで連結（連通）されているため、出口開口２１ｃ，２２ｃから排出された冷却油は、ピストン１３の移動方向と交差する方向に向かって排出される。従って、出口開口２１ｃ，２２ｃからいったん排出された冷却油は、出口開口２１ｃ，２２ｃで捕捉され難い。また、主通路２１ａ，２２ａと出口開口とがピストン１３の軸方向と平行な経路で連結されている構成では、冷却油が主通路２１ａ，２２ａから前記経路へ流入する際の抵抗が大きくなる。しかし、この実施形態では、経路が傾斜部２１ｂ，２２ｂで構成されているため、前記抵抗が小さくなり、冷却油２６は第１及び第２の通路２１，２２内を円滑に流れて、出口開口２１ｃ，２２ｃから円滑に排出される。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）ほぼ環状の冷却通路１９は、入口部２０から互いに逆方向に冷却油２６を案内可能に分かれた２系統の通路２１，２２を備えている。両通路２１，２２はピストン１３の軸方向と直交する平面上に位置する主通路２１ａ，２２ａを備え、主通路２１ａ，２２ａと通路の出口開口２１ｃ，２２ｃとが、ピストン１３の軸方向と直交する平面及びピストン１３の軸心を通る平面に対して傾斜するように形成された傾斜部２１ｂ，２２ｂで連結されている。従って、２系統の通路２１，２２を経て排出される冷却油２６が、出口開口２１ｃ，２２ｃ付近において互いに干渉するのを回避することができる。また、傾斜部２１ｂ，２２ｂの中心線の延びる方向が、ピストン１３の軸方向に対して斜め方向となるように形成されているため、出口開口２１ｃ，２２ｃから排出された冷却油は、出口開口２１ｃ，２２ｃで捕捉され難くなるため、出口部における抵抗が小さくなるとともに、冷却効率を高めることができる。

（２）傾斜部２１ｂ，２２ｂは上側に凸に湾曲するように形成されている。従って、傾斜部２１ｂ，２２ｂが直線状に形成される場合に比較して、通路２１，２２全体の抵抗が小さくなって冷却油２６がより円滑に排出される。

（３）冷却通路１９の入口部２０の上部が冷却油案内隔壁２４により二つの流入口２０ａ，２０ｂに分離されており、各流入口２０ａ，２０ｂに対応した噴射口２５ａ，２５ｂを備えたオイル噴射ノズル２５から噴射された冷却油が各流入口２０ａ，２０ｂを介して各通路２１，２２に導かれる。従って、入口部２０における流路抵抗が小さくなり、冷却油２６がより円滑に冷却通路１９を流れることができ、冷却効率がより高められる。

（４）両通路２１，２２は、ピストンピン２３を挟んで入口部２０と出口とが反対側に位置するように形成されている。従って、入口部２０及び出口開口２１ｃ，２２ｃの配置にピストンピン２３がほとんど影響を与えず、傾斜部２１ｂ，２２ｂの配置や湾曲具合等の設計の自由度が高くなる。

（５）冷却通路１９の出口開口２１ｃ，２２ｃと、入口開口（入口部２０）とはそれぞれ出口専用の開口と入口専用の開口である。従って、入口開口（入口部２０）と出口開口２１ｃ，２２ｃとをそれぞれに適した形状に形成する自由度が増える。

（６）傾斜部２１ｂ，２２ｂは全体的に傾斜している。従って、一部に垂直部がある場合に比較して、傾斜部２１ｂ，２２ｂを流れる冷却液の流れが円滑になる。
（第２の実施形態）
次に第２の実施形態を図３（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、冷却通路１９の入口側の構成が前記第１の実施形態と異なり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、図３（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における模式断面図である。

冷却通路１９を構成する第１の通路２１及び第２の通路２２は、それぞれ互いに完全に独立した通路として構成されている。図３（ａ）に示すように、各通路２１，２２の入口部２１ｄ，２２ｄ及び入口開口２１ｅ，２２ｅは、入口開口２１ｅと入口開口２２ｅの中間を通りピストンの径方向に延びる直線に対して対称な位置に設けられている。入口開口２１ｅ，２２ｅは、シリンダブロック１１に装備されたオイル噴射ノズル２５の噴射口２５ａ，２５ｂと対向するように配置されている。即ち、オイル噴射ノズル２５から噴射された冷却油は、各入口開口２１ｅ，２２ｅから入口部２１ｄ，２２ｄを経て２系統の通路２１，２２の主通路２１ａ，２２ａに供給されるようになっている。両通路２１，２２が完全に独立しているため、ピストン１３を鋳造で製造する際、第１の通路２１用及び第２の通路２２用として２個の塩中子が必要となる。

この実施形態においては、前記第１の実施形態の効果（１）〜（６）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（７）第１及び第２の通路２１，２２が完全に独立した２系統の通路となっているため、両通路２１，２２を流れる冷却油２６相互の流れの干渉は全く無く、流路抵抗がより小さくなり、更に高い冷却効果が得られる。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図４（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、冷却通路１９を構成する第１及び第２の通路２１，２２の傾斜部２１ｂ，２２ｂがピストンピン２３を中心としてほぼ対称となるように配置されている点が、前記両実施形態と大きく異なっている。入口部の構成は配置を除いて第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、図４（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線における模式断面図である。

図４（ａ）に示すように、第１及び第２の通路２１，２２の入口部２０は、ピストンピン２３の一端側でピストンピン２３に近い位置に形成されている。入口部２０は、図１（ｃ）に示されたものと同様に、上部が冷却油案内隔壁２４により二つの流入口２０ａ，２０ｂに分離されており、各流入口２０ａ，２０ｂが各通路２１，２２の主通路２１ａ，２２ａに連通している。両通路２１，２２は入口部２０から分岐し、第１の通路２１は平面視ほぼ半円弧状に形成され、第２の通路２２は第１の通路２１より長く、即ち平面視ほぼ半円弧状より長く形成されている。そして、図４（ｂ）に示すように、各通路２１，２２の傾斜部２１ｂ，２２ｂは、ピストンピン２３の周面とほぼ一定の間隔をもって沿うように延びるとともにピンボス部２７に出口開口２１ｃ，２２ｃが形成されている。

この実施形態の構成では、第１の実施形態の効果（１）〜（３），（５），（６）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（８）各通路２１，２２の傾斜部２１ｂ，２２ｂがピンボス部２７において、ピストンピン２３の周面に沿って延びるように形成されているため、ピンボス部２７の冷却にも寄与し、ピストン１３のより高い冷却効果が得られる。

（第４の実施形態）
次に第４の実施形態を図５（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、冷却通路１９の入口側の構成が前記第３の実施形態と異なり、その他の構成は基本的に第３の実施形態と同じである。第３の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、図５（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線における模式断面図である。

前記第３の実施形態では冷却通路１９を構成する第１の通路２１及び第２の通路２２の長さが異なるように形成されているが、この実施の形態では両通路２１，２２の長さを同等とするため、各通路２１，２２の入口部２１ｄ，２２ｄがピストンピン２３を中心としてほぼ対称となるように配置されている。図５（ｂ）に示すように、各入口部２１ｄ，２２ｄは、ピンボス部２７においてピストンピン２３の周面に沿って延びるように形成されている。入口開口２１ｅ，２２ｅは、シリンダブロック１１に装備されたオイル噴射ノズル２５（図示せず）の噴射口２５ａ，２５ｂと対向するように配置されている。両通路２１，２２が完全に独立しているため、ピストン１３を鋳造で製造する際、第１の通路２１用及び第２の通路２２用として２個の塩中子が必要となる。

この実施形態においては、第１の実施形態の効果（１），（２），（５），（６）、第２の実施形態の効果（７）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（９）各通路２１，２２の傾斜部２１ｂ，２２ｂ及び入口部２１ｄ，２２ｄがピンボス部２７において、ピストンピン２３の周面に沿って延びるように形成されているため、ピンボス部２７の冷却にも寄与し、ピストン１３のより高い冷却効果が得られる。

（１０）各通路２１，２２の長さが同じため、冷却油２６による冷却効果が均等になる。
（第５の実施形態）
次に第５の実施形態を図６（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、冷却通路１９の出口側の構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は基本的に第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、図６（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線における模式断面図である。

この実施形態では第１及び第２の通路２１，２２の出口側の傾斜部２１ｂ，２２ｂの断面積、即ち傾斜部２１ｂ，２２ｂの中心線と直交する断面における断面積が主通路２１ａ，２２ａの断面積と同等で、幅が狭く形成されている点が第１の実施形態と大きく異なっている。図６（ａ）に示すように、両通路２１，２２は上側から見た状態において、それぞれ、ほぼ半円弧状に形成されている。各通路２１，２２は、出口側である傾斜部２１ｂ，２２ｂの幅が主通路２１ａ，２２ａの幅より狭くなるように形成されている。そして、断面積を主通路２１ａ，２２ａの断面積と同じとするため、図６（ｂ）に示すように、傾斜部２１ｂ，２２ｂは、その幅方向と直交する方向（図６（ｂ）において上下方向）の長さが主通路２１ａ，２２ａより大きく形成されている。

この実施形態においては、第１の実施形態の効果（１）〜（６）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（１１）第１及び第２の通路２１，２２の出口側、即ち傾斜部２１ｂ，２２ｂの前記断面積が主通路２１ａ，２２ａの断面積と同等で、幅が狭く形成されている。従って、傾斜部２１ｂ，２２ｂが主通路２１ａ，２２ａと同じ幅に形成された場合に比較して、第１及び第２の通路２１，２２の主通路２１ａ，２２ａの幅を広く確保することができ、同じ径のピストン１３において、冷却通路１９の断面積を大きくでき、冷却効果を高めることができる。

また、冷却通路１９のためにピストンの径方向に広いスペースをとれない構造のピストンであっても、このように冷却通路の幅を狭くすることで、傾斜部を交差させる構造を用いることができる。

（第６の実施形態）
次に第６の実施形態を図７（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、冷却通路１９を構成する第１及び第２の通路２１，２２が、出口部で合流する点が前記第１〜第５の実施形態と大きく異なっている。出口部以外の構成は基本的に第１の実施形態と同じであり、第１の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、図７（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線における模式断面図である。

両通路２１，２２は、傾斜部２１ｂ，２２ｂがピストン１３の軸方向と直交する平面及びピストン１３の軸心を通る平面に対して互いに逆方向に傾斜するように形成されて出口部で合流するとともに、各通路２１，２２の出口開口２１ｃ，２２ｃがピストン１３の径方向にオフセットされるように形成されている。両傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口側端部は径方向において連通されている。即ち、両出口開口２１ｃ，２２ｃは一つの大きな出口を構成している。

各通路２１，２２の出口開口２１ｃ，２２ｃは一つの大きな出口を構成しているが、各出口開口２１ｃ，２２ｃがピストン１３の径方向にオフセットされているため、２系統の通路２１，２２を経て排出される冷却油２６が、出口部において互いに干渉するのが回避される。従って、流路抵抗が小さくなり、通路２１，２２を流れる間にピストン１３との熱交換で高温となった冷却油２６が円滑に排出され、高い冷却効果を得ることができる。

この実施形態においては、第１の実施形態の効果（１）〜（３），（５），（６）と同様な効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（１２）両通路２１，２２の出口側端部は径方向において連通されている。両通路２１，２２はピストン１３を鋳造する際に中子を使用して形成されるため、両出口側端部が径方向において連通されていない構成では、中子は出口側端部が離れた構造となる。そのため、入口側端部が連続していない通路の場合は、中子が２個必要となる。また、入口側端部が連続していても中子は出口側端部において環の一部が切れた形状となるため、中子が破損し易くなって取り扱いが難しくなる。しかし、この実施形態では、入口側端部が連続していない第１及び第２の通路２１，２２でも１個の中子で形成でき、ピストン１３を鋳造する際に通路２１，２２となる部分の中子の取り扱いが簡単になり、入口側端部が連続している通路２１，２２では中子が環状となるため、破損し難くなって取り扱いがより簡単になる。

（第７の実施形態）
次に第７の実施形態を図８（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、冷却通路１９を構成する第１及び第２の通路２１，２２の出口開口２１ｃ，２２ｃが一致するように構成されている点が前記第６の実施形態と異なっており、その他の構成は基本的に第６の実施形態と同じである。第６の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、図８（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ線における模式断面図である。

両通路２１，２２は、傾斜部２１ｂ，２２ｂがピストン１３の軸方向と直交する平面及びピストン１３の軸心を通る平面に対して互いに逆方向に傾斜するように形成されるとともに、出口部で合流するように形成されている。各通路２１，２２は、両傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口開口寄り部分が一平面上に存在し、その中心線が出口部の開口で交差するように形成され、出口開口２１ｃ，２２ｃが一致している。

この実施形態では各通路２１，２２の出口開口２１ｃ，２２ｃが一致しているため、前記第６の実施形態に比較して、両通路２１，２２の出口部における冷却油２６の干渉が多少あるが、両傾斜部２１ｂ，２２ｂの中心線は出口開口より流れの上流側で交差しないため、抵抗は小さい。

この実施形態においては、前記第６の実施形態とほぼ同様の効果が得られる他に、次の効果が得られる。
（１３）両傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口開口寄り部分が一平面上に存在するため、各通路２１，２２の出口開口２１ｃ，２２ｃがピストン１３の径方向にオフセットされている構成に比較して、両通路２１，２２の主通路２１ａ，２２ａの幅を広く確保することができる。

（第８の実施形態）
次に第８の実施形態を図９（ａ），（ｂ）に従って説明する。この実施形態は、冷却通路１９が１本の通路２９で構成されている点が前記第１〜第７の実施形態と大きく異なっている。前記第１の実施形態と同一部分に関しては同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分について説明する。なお、図９（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線における模式断面図である。

図９（ａ）に示すように、冷却通路１９は、入口部２０及びほぼ円環状の通路２９で構成されている。そして、通路２９の入口部２０付近と、出口付近はピストン１３の径方向から見た状態で一部が重なるように配置されている。図９（ｂ）に示すように、入口部２０は、開口端側からピストン１３の軸方向と平行に延びる直線部２０ｃを有し、ピストン１３の軸方向と直交する平面上に位置する主通路２９ａに対して湾曲部を介して直線部２０ｃが接続されている。主通路２９ａと通路２９の出口開口２９ｃとが、ピストン１３の軸方向と直交する平面及びピストン１３の軸心を通る平面に対して傾斜するように形成された傾斜部２９ｂで連結されている。傾斜部２９ｂは、その中心線の延びる方向が、ピストン１３の軸方向に対して斜め方向となるとともに、上側に凸に湾曲するように形成されている。

この実施形態のピストン１３を使用する場合、オイル噴射ノズル２５は噴射口が１個のものが使用される。そして、オイル噴射ノズル２５から入口部２０に噴射された冷却油は通路２９に沿ってほぼ一周してピストン１３を冷却した後、傾斜部２９ｂを経て出口開口２９ｃから排出される。

この実施形態においては次の効果が得られる。
（１４）冷却通路１９は１系統の通路２９で構成されているため、２系統の通路を備える場合と異なり、出口開口２９ｃから排出される冷却油の干渉や、２系統の通路が径方向に重なる際の通路の配置を考慮する必要がない。

（１５）傾斜部２９ｂの中心線の延びる方向が、ピストン１３の軸方向に対して斜め方向となるように形成されているため、出口開口２９ｃから排出された冷却油は、出口開口２９ｃで捕捉され難くなるため、出口部における抵抗が小さくなるとともに、冷却効率を高めることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○ 両通路２１，２２の傾斜部２１ｂ，２２ｂは、その出口開口２１ｃ，２２ｃ側端部に、ピストン１３の軸方向に平行に延びる直線部を備えていてもよい。例えば、第１及び第２の実施形態においては、両通路２１，２２の傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口開口２１ｃ，２２ｃ側端部まで傾斜部が延びていたが、図１０（ａ）に示すように、両通路２１，２２の傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口開口２１ｃ，２２ｃ側端部に直線部２１ｆ，２２ｆを設ける。直線部２１ｆ，２２ｆの長さは、該直線部２１ｆ，２２ｆより上流側の傾斜部２１ｂ，２２ｂの中心線が該直線部２１ｆ，２２ｆの壁面と交差しない長さに形成されている。この場合も、対応する各実施形態と同様な効果が得られる。この構成は、通路が１系統の第８の実施形態に適用してもよい。

○ 傾斜部２１ｂ，２２ｂは、上側に凸の湾曲形状に限らず、例えば、図１０（ｂ）に示すように、傾斜部２１ｂ，２２ｂの全体を直線状に形成してもよい。また、傾斜部は、円弧の角度あるいは傾きが一定になっていることに限定されず、湾曲形状と直線形状が連続する形状にしたり、直線状部が途中で屈曲する形状にしたりしてもよい。この構成は、傾斜部２１ｂ，２２ｂがピストン１３の径方向から見た状態で、途中で交差する第１〜第５の実施形態に限らず、第６及び第７の実施形態の構成に適用してもよい。傾斜部２１ｂ，２２ｂの全体が直線状に形成された場合、あるいは出口開口２１ｃ，２２ｃ側が直線状に形成された場合、直線状部分をドリル加工で形成すれば、通路２１，２２全体を中子を使用して形成するのに比較して製造が容易になる。この構成は、通路が１系統の第８の実施形態に適用してもよい。

○ 第１〜第５の実施形態において、前記２系統の通路２１，２２は、傾斜部２１ｂ，２２ｂがピストン１３の径方向から見た状態で、交差する箇所において連通されるように形成されていてもよい。例えば、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、第１及び第２の実施形態において、両傾斜部２１ｂ，２２ｂを、その対向する側面が同一平面上となるように形成し、交差部において連通されるように形成する。両傾斜部２１ｂ，２２ｂは交差部が径方向において連通されている。しかし、両傾斜部２１ｂ，２２ｂ内を流れる冷却油２６は、連通部においても連通部と平行に移動するため、流れの抵抗を増加させることはほとんどない。

両通路２１，２２はピストン１３を鋳造する際に中子を使用して形成されるため、両傾斜部２１ｂ，２２ｂが径方向において連通されていない構成では、中子は傾斜部２１ｂ，２２ｂが離れた構造となる。そのため、入口側端部が連続していない通路の場合は、中子が２個必要となる。また、入口側端部が連続していても中子は出口側において環の一部が切れた形状となるため、中子が破損し易くなって取り扱いが難しくなる。しかし、この実施形態では、入口側端部が連続していない通路２１，２２でも１個の中子で形成でき、ピストン１３を鋳造する際に通路２１，２２となる部分の中子の取り扱いが簡単になり、入口側端部が連続している通路２１，２２では中子が環状となるため、破損し難くなって取り扱いがより簡単になる。なお、傾斜部２１ｂ，２２ｂを、その対向する側面が同一平面上となるように形成せずに、両傾斜部２１ｂ，２２ｂをその交差部において連通されるように形成してもよい。

○ 第６及び第７の実施形態のように、両通路２１，２２が、出口部で合流する構成の傾斜部２１ｂ，２２ｂを備える構成において、両通路２１，２２の出口開口２１ｃ，２２ｃが、各通路２１，２２の断面積より大きな断面積の空間部に開口された構成としてもよい。例えば、両傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口開口２１ｃ，２２ｃがピストン１３の径方向にずれない状態に形成される第７の実施形態と同様な構成において、ピストン１３の頭部が肉厚の場合、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、両傾斜部２１ｂ，２２ｂを頭部の肉厚の途中まで形成された構成とする。そして、両通路２１，２２の両出口開口２１ｃ，２２ｃと対向する位置に両通路２１，２２の断面積の合計面積以上の断面積の空間部２８が形成され、両傾斜部２１ｂ，２２ｂの中心線が空間部２８内で交差するように傾斜部２１ｂ，２２ｂを設けてもよい。また、第６の実施形態のように、両傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口開口２１ｃ，２２ｃがピストン１３の径方向にずれた状態に形成された構成で、ピストン１３の頭部が肉厚の場合、図１３（ａ）に示すように、両傾斜部２１ｂ，２２ｂの出口開口２１ｃ，２２ｃと対応する箇所に空間部２８を形成してもよい。これらの構成では、第６及び第７の実施形態と同様な効果が得られる。なお、空間部２８をドリル加工で形成すれば、中子を使用する場合に比較して形成が簡単になる。

○ 図１３（ｂ）に示すように、空間部２８を円錐台形状として、傾斜部２１ｂ，２２ｂの中心線だけでなく傾斜部２１ｂ，２２ｂ全体の延長部が空間部２８の壁面と交差しないようにしてもよい。空間部２８はテーパ状のドリルで容易に加工することができる。この場合、冷却油２６がより排出され易くなる。

○ 傾斜部２１ｂ，２２ｂ，２９ｂは、断面積が一定に限らず、出口開口２１ｃ，２２ｃ，２９ｃ側に向かって次第に大きくなるように形成したり、複数段階（例えば、２段階）で断面積が増加するように形成してもよい。傾斜部２１ｂ，２２ｂ，２９ｂをドリル加工で形成する場合、テーパ状のドリルを使用したり、径の異なるドリルを使用して複数段階でドリル加工する。この場合、冷却油２６がより排出され易くなる。

○ 通路２１，２２，２９を鋳造で製造するための中子は塩中子に限らず、砂や他の粒子で形成された中子を使用してもよい。
○ 通路２１，２２，２９の断面形状は、角部の面取りされた矩形状に限らず円形、楕円形等に適宜変更してもよい。

○ 傾斜部の断面形状は、円形に限らず、角部の面取りされた矩形状、楕円形等に適宜変更してもよい。
○ ディーゼルエンジン用のピストンに限らず、ガソリンエンジン等他の内燃機関用のピストンに適用してもよい。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記２系統の通路は、傾斜部が一部で連通されている。

（２）請求項３〜請求項５及び前記技術的思想（１）のいずれか一項に記載の発明において、前記２系統の通路は、入口が独立して形成されている。
（３）請求項４に記載の発明において、前記両通路の出口開口は、ピンボス部のピンを挟んで異なる側にそれぞれ開口されている。

（４）請求項１〜請求項１２及び前記技術的思想（１）〜（３）のいずれか一項に記載の発明において、前記傾斜部はその中心線がピストンの軸方向に対して斜め方向となるように形成されている。

第１の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における部分拡大模式断面図。 内燃機関の模式断面図。 第２の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線における部分拡大模式断面図。 第３の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。 第４の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図。 第５の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図。 第６の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図。 第７の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図。 第８の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図。 （ａ），（ｂ）はそれぞれ別の実施形態のピストンの模式断面図。 別の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＪ−Ｊ線断面図。 別の実施形態を示し、（ａ）はピストンの平面図、（ｂ）は（ａ）のＫ−Ｋ線断面図。 （ａ），（ｂ）は別の実施形態のピストンの模式断面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ従来技術における通路の出口部の断面図。 別の従来技術の模式斜視図。

符号の説明

１３…ピストン、１９…冷却通路、２０，２１ｄ，２２ｄ…入口部、２０ｃ，２１ｆ，２２ｆ…直線部、２１，２２，２９…通路、２１ａ，２２ａ，２９ａ…主通路、２１ｂ，２２ｂ，２９ｂ…傾斜部、２１ｃ，２２ｃ，２９ｃ…出口開口、２１ｅ，２２ｅ…入口開口、２６…冷却油、２８…空間部。

Claims (12)

1. 冷却油を循環させるほぼ環状の冷却通路を頭部内に備えた内燃機関用ピストンであって、前記冷却通路は、ピストンの軸方向と直交する平面上に配置された主通路と、前記主通路よりピストン頭部と反対側に設けられた出口開口とが、ピストンの軸方向と直交する平面及びピストンの軸心を通る平面に対して傾斜するように形成された傾斜部で連結されている内燃機関用ピストン。
2. 前記出口開口と、前記冷却通路の入口開口とはそれぞれ出口専用の開口と入口専用の開口である請求項１に記載の内燃機関用ピストン。
3. 前記冷却通路は、入口部から互いに逆方向に冷却油を案内可能に分かれた２系統の通路を備え、各通路の出口側に設けられた前記傾斜部は、ピストンの軸方向と直交する平面に対して互いに逆方向に傾斜するように形成されている請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用ピストン。
4. 前記両通路の出口開口は独立して形成され、かつピストンの径方向から見た状態において前記傾斜部がその中間部で交差するように形成されている請求項３に記載の内燃機関用ピストン。
5. 前記両通路は、前記傾斜部の中心線と直交する断面における面積が、主通路の中心線と直交する断面における断面積と同等で幅が狭く形成されている請求項４に記載の内燃機関用ピストン。
6. 前記両通路の出口開口は、ピストンの径方向から見た状態において重なる状態で、かつピストンの径方向にオフセットされている請求項３に記載の内燃機関用ピストン。
7. 前記両通路の出口開口は共通に形成されている請求項３に記載の内燃機関用ピストン。
8. 前記傾斜部は湾曲するように形成されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。
9. 前記傾斜部は少なくとも出口端がドリル加工で直線状に形成されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。
10. 前記両通路の出口開口は、各通路の断面積より大きな断面積の空間部に開口されている請求項６又は請求項７に記載の内燃機関用ピストン。
11. 前記傾斜部は全体的に傾斜している請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。
12. 前記両通路の傾斜部は、その開口側端部に、ピストンの軸方向に平行に延びる直線部を備え、前記直線部は該直線部より上流側の傾斜部の中心線が該直線部の壁面と交差しない長さに形成されている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。

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